Оптическая подложка, полупроводниковый светоизлучающий элемент и способ изготовления полупроводникового светоизлучающего элемента

Оптическая подложка, полупроводниковый светоизлучающий элемент и способ изготовления полупроводникового светоизлучающего элемента

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Настоящее изобретение относится к оптической подложке, полупроводниковому светоизлучающему элементу и способу изготовления полупроводникового светоизлучающего элемента. Более конкретно настоящее изобретение относится к оптической подложке, в которой в ее поверхности сформирована вогнуто-выпуклая структура, полупроводниковому светоизлучающему элементу, использующему ее, способу ее изготовления и способу предпочтительного управления ими.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] В последние годы для того, чтобы повысить эффективность полупроводниковых светоизлучающих элементов, таких как органический светоизлучающий диод (ОСИД, OLED), люминесцентный элемент и светоизлучающий диод (СИД, LED), исследовались вопросы повышения эффективности выхода света от полупроводникового светоизлучающего элемента. Полупроводниковый светоизлучающий элемент, описанный выше, имеет структуру, в которой область с высоким показателем преломления, включающая внутри светоизлучающую часть, прослоена между областями с низким показателем преломления. Следовательно, свет, излучаемый светоизлучающей частью полупроводникового светоизлучающего элемента, вводится в волноводный режим, в котором излучаемый свет направляется волноводом внутри области с высоким показателем преломления, захватывается в области с высоким показателем преломления, поглощается в волноводном процессом, обращается в тепло и ослабляется. Как описано выше, в полупроводниковом светоизлучающем элементе является невозможным выводить излучаемый свет из полупроводникового светоизлучающего элемента, в результате чего эффективность вывода света значительно и неблагоприятно снижается.

[0003] В случае LED элемента, как будет описано далее, эффективность вывода света (light extraction efficiency, LEE) и внутренний квантовый выход (internal quantum efficiency, IQE), или эффективность вывода света LEE и эффективность инжекции электронов (electron injection efficiency, EIE) одновременно повышаются, и таким образом возможно изготавливать имеющий высокую эффективность LED элемент.

[0004] Полупроводниковый элемент на GaN (нитрид галлия), такой как LED голубого свечения, изготавливается осаждением слоя полупроводника n-типа, светоизлучающего слоя и слоя полупроводника p-типа на монокристаллической подложке эпитаксиальным выращиванием. В качестве монокристаллической подложки обычно используется монокристаллическая сапфировая подложка или монокристаллическая подложка из SiC (карбид кремния). Однако поскольку присутствует несоответствие решеток между сапфировым кристаллом и полупроводниковым кристаллом GaN, образуются дислокации внутри полупроводникового кристалла GaN (см., например, непатентный документ 1). Плотность дислокаций таковых доходит до 1×10⁹ единиц/см². Дислокации обуславливают, что внутренний квантовый выход LED, то есть, эффективность излучения света полупроводника будет снижаться, в результате чего снижается внешний квантовый выход.

[0005] Показатель преломления слоя GaN полупроводника является более высоким, чем таковой для сапфировой подложки. Следовательно, препятствуют излучение света, генерируемого внутри светоизлучающего полупроводникового слоя, от границы раздела между сапфировой подложкой и слоем GaN полупроводника под углом, равным или более большим, чем критический угол. Другими словами, свет образует волноводную моду, и в волноводном процессе преобразовывается в тепло и ослабляется. Следовательно, эффективность вывода света снижается, в результате чего внешний квантовый выход снижается. Кроме того, когда подложка из SiC, имеющая значимо высокий показатель преломления, используется в качестве монокристаллической подложки, поскольку препятствуют излучение света от границы раздела между подложкой из SiC и слоем воздуха под углом, равным или более большим, чем критический угол, как в случае, где используется сапфировая подложка, то свет образует волноводную моду, и тем самым эффективность вывода света LEE снижается.

[0006] Другими словами, поскольку дислокационный дефект внутри полупроводникового кристалла обуславливает, что внутренний квантовый выход снизится, и образование волноводной моды обуславливает, что эффективность вывода света снизится, то внешний квантовый выход LED снижается значительно.

[0007] Следовательно, предлагается технология, в которой обеспечивается вогнуто-выпуклая структура в монокристаллической подложке, чтобы изменять направление оптического волновода в слое полупроводникового кристалла, и таким образом эффективность вывода света повышается (см., например, патентный документ 1).

[0008] Также предлагается технология, в которой размер вогнуто-выпуклой структуры, обеспечиваемой в монокристаллической подложке, имеет порядок нанометров, и таким образом конфигурация вогнуто-выпуклой структуры приводится в случайное расположение (см., например, патентный документ 2). Сообщается, что если размер конфигурации, обеспечиваемой на монокристаллической подложке, имеет порядок нанометров, по сравнению с конфигурацией порядка микрометров, эффективность излучения света LED повышается (см., например, патентный документ 2).

[0009] Кроме того, предлагается полупроводниковый светоизлучающий элемент на GaN, в котором для повышения эффективности инжекции электронов EIE обеспечивается вогнуто-выпуклая структура на верхней поверхности слоя полупроводника p-типа, чтобы снижать сопротивление контакта с прозрачной проводящей пленкой (см. патентный документ 3).

Документ известного уровня техники

Патентный документ

[0010] Патентный документ 1: Публикация японской нерассмотренной патентной заявки №2003-318441

Патентный документ 2: Публикация японской нерассмотренной патентной заявки №2007-294972

Патентный документ 3: Публикация японской нерассмотренной патентной заявки №2005-259970

Непатентная литература

Непатентный документ 1: IEEE photo. Tech. Lett. (Технические записки по фотополупроводникам Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике), 20, 13 (2008)

Непатентный документ 2: J. Appl. Phys. (Журнал «Прикладная Физика»), 103, 014314 (2008)

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническая задача изобретения

[0012] В частности, в качестве факторов для определения EQE (внешний квантовый выход), указывающих эффективность излучения света светодиода, имеются EIE (эффективность инжекции электронов), IQE (внутренний квантовый выход) и LEE (эффективность вывода света). Среди них внутренний квантовый выход IQE зависит от плотности дислокаций, обусловленной несоответствием кристаллических решеток в полупроводниковом кристалле GaN. Эффективность вывода света LEE повышается нарушением волноводной моды внутри слоя полупроводникового кристалла GaN путем рассеяния света, обусловленного вогнуто-выпуклой структурой, обеспеченной в монокристаллической подложке. Кроме того, эффективность инжекции электронов EIE повышается снижением сопротивления переходного слоя между слоем полупроводника p-типа и прозрачной проводящей пленкой, сформированной с оксидом, таким как ITO (оксид индия и олова), ZnO (окись цинка), In₂O₃ (окись индия) или SnO₂ (диоксид олова). В частности, поскольку прозрачная проводящая пленка на ITO является проводником n-типа, барьер Шоттки легко образуется на границе раздела со слоем полупроводника p-типа, и таким образом его омическая характеристика снижается, в результате чего его контактное сопротивление легко увеличивается. Следовательно, вогнуто-выпуклая структура формируется на границе раздела со слоем полупроводника p-типа, чтобы увеличить площадь контакта, и таким образом омический контакт повышается, в результате чего эффективность вывода света LEE повышается. Другими словами, в качестве эффектов вогнуто-выпуклой структуры, обеспечиваемой в монокристаллической подложке, присутствуют следующие три эффекта: (1) улучшение внутреннего квантового выхода IQE снижением дислокаций внутри полупроводникового кристалла; (2) повышение эффективности выхода света LEE удалением волноводной моды; и (3) повышение эффективности инжекции электронов EIE путем повышения омического контакта.

[0013] Однако, в раскрытой в патентном документе 1 технологии, хотя эффективность вывода света LEE повышается согласно эффекту (2), эффект (1) снижения дислокаций внутри полупроводникового кристалла является низким. Причина, почему вогнутые и выпуклые участки обеспечиваются в поверхности монокристаллической подложки для снижения дислокационного дефекта, состоит в том, что режим роста при химическом осаждении из паровой фазы (CVD) в слое полупроводникового кристалла нарушается вогнутыми и выпуклыми участками, и дислокации, порождаемые при выращивании слоя полупроводникового кристалла, сталкиваются друг с другом и таким образом исчезают. Следовательно, хотя когда присутствуют несколько вогнутых и выпуклых участков, соответствующих плотности дислокаций, для уменьшения дислокаций эффективно, если присутствуют меньшее число вогнутых и выпуклых участков, чем плотность дислокаций, эффект дислокаций ограничивается. Например, когда плотность дислокаций в 1×10⁹ единиц/см² преобразовывается в 10 единиц/мкм² порядка нанометров, и плотность дислокаций в 1×10⁸ единиц/см² преобразовывается в 1 единицу/мкм². Когда примерно 2 вогнутых и выпуклых участка обеспечиваются в 5 мкм × 5 мкм (5 мкм), плотность вогнутых и выпуклых участков составляет 0,08×10⁸ единиц/см², тогда как, когда примерно 2 вогнутых и выпуклых участка обеспечиваются в 500 нм × 500 нм (500 нм), плотность вогнутых и выпуклых участков составляет 8×10⁸ единиц/см². Как описано выше, когда размер вогнутых и выпуклых участков находится в интервале порядка нанометров, поскольку плотность дислокаций значительно уменьшена, это является эффективным для повышения внутреннего квантового выхода IQE.

[0014] Однако, когда плотность вогнутых и выпуклых участков снижена, эффект рассеяния света ослабляется, и таким образом эффект (2) удаления волноводной моды ослабляется. Длина волны излучения LED находится в пределах видимого диапазона спектра, и в частности длина волны излучения LED на GaN, используемая в LED белого свечения, составляет 450 нм - 500 нм. Чтобы получить достаточный эффект рассеяния света, размер вогнутых и выпуклых участков предпочтительно составляет примерно от двукратной до 20-кратной величины длины волны, и порядок нанометров обуславливает, что эффект снизится.

[0015] В раскрытой в патентном документе 3 технологии, поскольку интервал и глубина в вогнуто-выпуклой структуре должны иметь порядок нанометров, повышение эффективности выхода света LEE сформированной вогнуто-выпуклой структурой не является достаточным. Это происходит потому, что толщина слоя полупроводника p-типа должна составлять примерно несколько сотен нанометров с учетом величины своего коэффициента поглощения, и обязательно имеет тот же порядок, что и размер вогнуто-выпуклой структуры. С другой стороны, поскольку длина волны излучения LED находится в пределах видимого диапазона спектра (450 нм - 750 нм), вогнуто-выпуклая структура, размер которой примерно такой же, как таковой длины волны, неблагоприятно обуславливает, что эффективность вывода света LEE снизится.

[0016] Как описано выше, в традиционной технологии, среди трех эффектов относительно эффективности излучения света LED (1) повышение внутреннего квантового выхода IQE рассеянием дислокаций внутри полупроводникового кристалла и снижением плотности дислокаций; (2) повышение эффективности выхода света LEE удалением волноводной моды путем рассеяния света; и (3) повышения эффективности инжекции электронов EIE путем повышения омического контакта, в качестве эффекта (роли) вогнуто-выпуклой структуры в полупроводниковом светоизлучающем элементе, (1) и (2) находятся в соотношении компромиссного выбора, и (2) и (3) находятся в соотношении компромиссного выбора, в результате чего не всегда является возможным реализовать оптимальную структуру. Другими словами, в традиционной технологии, если внутренний квантовый выход IQE является более повышенным, неблагоприятно, что снижается эффект повышения эффективности выхода света LEE. Кроме того, если эффективность инжекции электронов EIE является более повышенной, эффект повышения эффективности выхода света LEE снижается.

[0017] Настоящее изобретение выполнено ввиду предшествующих положений, и объект настоящего изобретения состоит в обеспечении оптической подложки, полупроводникового светоизлучающего элемента и способа его изготовления, который может одновременно обеспечивать либо повышение эффективности выхода света LEE и повышение внутреннего квантового выхода IQE в LED элементе, либо повышение эффективности выхода света LEE и повышение эффективности инжекции электронов EIE, которые рассматриваются в качестве компромиссного выбора.

Средство для решения технической задачи изобретения

[0018] Согласно настоящему изобретению обеспечивается оптическая подложка, которая включает в себя подложку и вогнуто-выпуклую структуру, которая сформирована по части или всей поверхности подложки, где, по меньшей мере, одна область вогнуто-выпуклой структуры включает в себя множество выпуклых участков, расположенных отстоящими друг от друга, и множество выпуклых участков включает в себя множество первых выпуклых участков, имеющих первую высоту, и множество вторых выпуклых участков, имеющих вторую высоту, меньшую, чем первая высота, средний интервал Pave между смежными первыми выпуклыми участками удовлетворяет формуле (1) ниже, и второй выпуклый участок имеет высоту hn выпуклой части, которая удовлетворяет отношению по формуле (2) ниже, со средней высотой Have выпуклого участка вогнуто-выпуклой структуры, и присутствует в вогнуто-выпуклой структуре с вероятностью Z, которая удовлетворяет формуле (3) ниже:

Формула (1)

50 нм ≤ Pave ≤1500 нм

Формула (2)

0,6 Have ≥hn≥0

Формула (3)

1/10000≤Z≤1/5.

[0019] Согласно настоящему изобретению обеспечивается оптическая подложка, которая включает в себя подложку и вогнуто-выпуклую структуру, которая сформирована по части или всей поверхности на одной основной поверхности подложки, где, по меньшей мере, одна область вогнуто-выпуклой структуры включает в себя множество вогнутых участков, расположенных отстоящими друг от друга, и множество вогнутых участков включает в себя множество первых вогнутых участков, имеющих первую глубину, и множество вторых вогнутых участков, имеющих вторую глубину, меньшую, чем первая глубина, средний интервал Pave между смежными первыми вогнутыми участками удовлетворяет формуле (5) ниже, и второй вогнутый участок имеет глубину dn вогнутого участка, которая удовлетворяет отношению по формуле (6) ниже, со средней глубиной Dave вогнутого участка вогнуто-выпуклой структуры и присутствует в вогнуто-выпуклой структуре с вероятностью Z, которая удовлетворяет формуле (7) ниже:

Формула (5)

50 нм ≤Pave ≤1500 нм

Формула (6)

0,6 Dave ≥dn≥0

Формула (7)

1/10000≤Z≤1/5.

[0020] Согласно этим конфигурациям, поскольку средний интервал Pave в вогнуто-выпуклой структуре меньшей длины, чем традиционная микроструктура, возможно (1) повысить внутренний квантовый выход IQE рассеянием дислокаций внутри слоя полупроводникового кристалла и снижением плотности дислокаций. Поскольку также является возможным (3) увеличить удельную поверхность вогнуто-выпуклой структуры, то возможно улучшить снижение омической характеристики, обусловленное барьером Шоттки, образуемым на границе раздела между прозрачным проводящим материалом, таким как ITO, и слоем полупроводника p-типа, повысить омический контакт и повысить эффективность инжекции электронов EIE.

[0021] Кроме того, поскольку высоты или глубины для множества первых выпуклых участков или вогнутых участков вогнуто-выпуклой структуры не являются равномерными, и вторые выпуклые участки или вторые вогнутые участки, имеющие существенно отличающуюся высоту или глубину, предварительно задаются в некоторых местах с предопределенной вероятностью в позициях вторых выпуклых участков или вторых вогнутых участков, количество мод, нарушающих волноводную моду, увеличивается, и таким образом является возможным (2) обеспечивать оптическое рассеяние (дифракцию света или рассеяние света) и одновременно повышать эффективность вывода света LEE. Другими словами, поскольку возможно одновременно повышать либо внутренний квантовый выход IQE и эффективность вывода света LEE, либо эффективность инжекции электронов EIE и эффективность вывода света LEE, то возможно повышать внешний квантовый выход EQE для LED.

[0022] В частности средний интервал Pave равен или меньше, чем 1500 нм, и поэтому возможно повысить плотность вогнуто-выпуклой структуры. Таким образом, является возможным (1) рассеивать дислокации, создаваемые внутри слоя полупроводникового кристалла LED элемента, и снижать плотность дислокаций локально и макроскопически. Следовательно, возможно повышать внутренний квантовый выход IQE. Даже когда высота вогнуто-выпуклой структуры ограничивается несколькими сотнями нанометров, поскольку возможно увеличить удельную поверхность, является возможным (3) использовать снижение омической характеристики, обусловленное барьером Шоттки, образуемым на границе раздела между прозрачным проводящим материалом, таким как ITO, и слоем полупроводника p-типа, и повысить омический контакт, в результате чего возможно повысить эффективность инжекции электронов EIE.

[0023] С другой стороны, средний интервал Pave равен или больше, чем 50 нм, и вторые выпуклые участки или вторые вогнутые участки, имеющие существенно отличающуюся высоту или глубину, включены с предопределенной вероятностью, и таким образом увеличивается количество мод, нарушающих волноводную моду, и оптическое рассеяние (дифракция света или рассеяние света) может обеспечиваться для света, излучаемого от LED элемента, в результате чего возможно повысить эффективность вывода света LEE.

[0024] Также является возможным дополнительно применять оптическое явление (дифракцию света или рассеяние света), соответствующее второму выпуклому участку или второму вогнутому участку. Другими словами, поскольку количество мод для волноводной моды оптического рассеяния (дифракции света или рассеяния света) может быть увеличено, степень нарушения волноводной моды повышается, в результате чего эффективность вывода света LEE значительно увеличивается. С другой стороны, когда длина волны излучаемого света внутри LED элемента существенно выше, чем вогнуто-выпуклая структура, вогнуто-выпуклая структура, как видно из излучаемого света, усредняется посредством приближения эффективной среды. Следовательно, невозможно ожидать существенное улучшение эффективности выхода света LEE. Однако обеспечивается второй выпуклый участок или второй вогнутый участок, и поэтому возможно сделать усредненный показатель преломления имеющим нарушение. Таким образом, является возможным создавать оптическое явление (дифракцию света или рассеяние света), соответствующее нарушению среднего показателя преломления, и таким образом волноводная мода нарушается, в результате чего возможно повысить эффективность вывода света LEE.

[0025] Другими словами, поскольку средний интервал Pave в вогнуто-выпуклой структуре удовлетворяет вышеуказанному диапазону, и тем самым плотность вогнуто-выпуклой структуры увеличивается, внутренний квантовый выход IQE повышается. Кроме того, поскольку удельная поверхность вогнуто-выпуклой структуры увеличивается, эффективность инжекции электронов EIE повышается. С другой стороны, поскольку обеспечивается сверхмалая вогнуто-выпуклая структура, и таким образом оптический эффект рассеяния ослабляется, эффект нарушения волноводной моды ослабляется. Однако второй выпуклый участок или второй вогнутый участок включаются с предопределенной вероятностью, и таким образом является возможным применить новое оптическое явление (дифракцию света или рассеяние света), соответствующее второму выпуклому участку или второму вогнутому участку, в результате чего в состоянии, где поддерживается повышение внутреннего квантового выхода IQE, или состоянии, где поддерживается повышение эффективности инжекции электронов EIE, возможно повысить эффективность вывода света LEE. Кроме того, также является возможным снизить ток утечки полупроводникового светоизлучающего элемента.

[0026] Согласно настоящему изобретению, обеспечивается оптическая подложка, которая включает в себя подложку и вогнуто-выпуклую структуру, которая сформирована по части или всей поверхности подложки, где, по меньшей мере, один участок вогнуто-выпуклой структуры включает в себя множество выпуклых участков, расположенных отстоящими друг от друга, по меньшей мере, один участок из множества выпуклых участков является уникальным выпуклым участком, который включает в себя один или несколько выпуклых элементов или вогнутых элементов в поверхности, и средний интервал Pave в вогнуто-выпуклой структуре равен или больше, чем 1,5 мкм, но равен или меньше, чем 10 мкм.

[0027] В этой конфигурации, во-первых, поскольку средний интервал Pave в вогнуто-выпуклой структуре является равным или большим, чем 1,5 мкм, но равным или меньшим, чем 10 мкм, размер выпуклого участка вогнуто-выпуклой структуры, как видно из излучаемого света полупроводникового светоизлучающего элемента, увеличивается. Другими словами, поскольку рассеяние света или трассированность (требуемое прохождение) светового луча реализуется значительно, эффективность вывода света LEE повышается. Затем, поскольку вогнуто-выпуклая структура формируется с множеством выпуклых участков, слой полупроводникового кристалла может выращиваться от нижней части вогнутого участка в вогнуто-выпуклой структуре, и поэтому является возможным стабилизировать рост слоя полупроводникового кристалла. Здесь, уникальный выпуклый участок включается в множество групп выпуклых участков в вогнуто-выпуклой структуре. Как описано выше, поскольку уникальный выпуклый участок включается в множество групп выпуклых участков, выпуклый элемент или вогнутый элемент в поверхности уникального выпуклого участка нарушает режим роста, и таким образом дислокации в слое полупроводникового кристалла снижаются и внутренний квантовый выход IQE повышается. Следовательно, возможно одновременно повышать эффективность вывода света LEE и внутренний квантовый выход IQE.

[0028] Согласно настоящему изобретению, обеспечивается оптическая подложка, которая включает в себя основную часть подложки и вогнуто-выпуклую структуру, которая сформирована по части или всей поверхности основной части подложки, где вогнуто-выпуклая структура включает в себя: первую вогнуто-выпуклую структуру (L), которая обеспечивается на основной поверхности основной части подложки и сформирована с множеством выпуклых участков и вогнутых участков, имеющих первый средний интервал (PL); и вторую вогнуто-выпуклую структуру (S), которая обеспечивается на поверхности, по меньшей мере, одного участка из выпуклого участка и вогнутого участка, формирующего первую вогнуто-выпуклую структуру (L), и которая сформирована с множеством выпуклых участков и вогнутых участков, имеющих второй средний интервал (PS), и отношение (PL/PS) между первым средним интервалом (PL) и вторым средним интервалом (PS) больше, чем 1, но равно или меньше, чем 2000.

[0029] Согласно настоящему изобретению обеспечивается оптическая подложка, которая включает в себя основную часть подложки и вогнуто-выпуклую структуру, которая сформирована по части или всей поверхности основной части подложки, где вогнуто-выпуклая структура включает в себя: первую вогнуто-выпуклую структуру (S), которая обеспечивается на основной поверхности основной части подложки и сформирована с множеством выпуклых участков и вогнутых участков, имеющих первый средний интервал (PL); и вторую вогнуто-выпуклую структуру (L), которая включает в себя множество выпуклых участков, которые обеспечиваются отстоящими друг от друга на поверхности первой вогнуто-выпуклой структуры (S) таким образом, что первая вогнуто-выпуклая структура (S) частично открыта (экспонируемой), и которая имеет второй средний интервал (PS), и отношение (PL/PS) между первым средним интервалом (PL) и вторым средним интервалом (PS) больше, чем 1, но равно или меньше, чем 2000.

[0030] В этой конфигурации, внутри поверхности одной вогнуто-выпуклой структуры, вогнуто-выпуклая структура для повышения внутреннего квантового выхода IQE и вогнуто-выпуклая структура для повышения эффективности вывода света LEE могут быть объединены в предопределенном отношении (взаимного) расположения. Следовательно, возможна одновременная реализация обеих функций. Другими словами, высокой плотности вогнуто-выпуклая структура и вогнуто-выпуклая структура, имеющая большие вариации в объеме, обеспечиваются в предопределенном отношении расположения, и поэтому является возможным повысить внутренний квантовый выход IQE с помощью высокоплотной вогнуто-выпуклой структуры и одновременно повысить эффективность вывода света LEE с помощью вогнуто-выпуклой структуры, имеющей широкие вариации в объеме.

[0031] Согласно настоящему изобретению, обеспечивается полупроводниковый светоизлучающий элемент, включающий в себя, по меньшей мере, одну или несколько оптических подложек, описанных выше.

[0032] Согласно настоящему изобретению, обеспечивается полупроводниковый светоизлучающий элемент, где на поверхности вогнуто-выпуклой структуры оптической подложки, описанной выше, по меньшей мере, первый полупроводниковый слой, и второй полупроводниковый слой осаждают в этом порядке.

[0033] Согласно настоящему изобретению, обеспечивается способ изготовления полупроводникового светоизлучающего элемента, способ включает в себя: этап подготовки оптической подложки, описанной выше; этап оптической проверки подготовленной оптической подложки; и этап изготовления полупроводникового светоизлучающего элемента с использованием оптически проверенной оптической подложки.

[0034] В этой конфигурации, поскольку возможно предварительно оценивать сверхмалую вогнуто-выпуклую структуру, которая содействует повышению внутреннего квантового выхода IQE, является возможным предварительно предсказывать класс рабочей характеристики полупроводникового светоизлучающего элемента, подлежащего изготовлению. Кроме того, поскольку возможно предварительно контролировать и управлять вогнуто-выпуклой структурой оптической подложки, то является возможным повысить выход готовых в изготовлении LED элемента.

Полезный эффект изобретения

[0035] Согласно настоящему изобретению, является возможным обеспечивать оптическую подложку и полупроводниковый светоизлучающий элемент и способ их изготовления, который может одновременно добиваться либо повышения эффективности выхода света LEE и повышения внутреннего квантового выхода IQE в LED элементе, либо повышения эффективности выхода света LEE и повышения эффективности инжекции электронов EIE, которые рассматриваются как компромиссный выбор.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0036] Фиг. 1 - схематичный вид в поперечном разрезе полупроводникового светоизлучающего элемента, который применяет оптическую подложку согласно настоящему варианту осуществления;

Фиг. 2 - схематичный вид в поперечном разрезе другого примера полупроводникового светоизлучающего элемента, который применяет оптическую подложку согласно настоящему варианту осуществления;

Фиг. 3 - схематичный вид в поперечном разрезе еще одного примера полупроводникового светоизлучающего элемента, который применяет оптическую подложку согласно настоящему варианту осуществления;

Фиг. 4 - схематичный вид в поперечном разрезе оптической подложки согласно настоящему варианту осуществления;

Фиг. 5 - график, показывающий связь между вероятностью Z существования второго выпуклого участка и током утечки в полупроводниковом светоизлучающем элементе, который применяет оптическую подложку согласно настоящему варианту осуществления;

Фиг. 6 - схема, которая создается на основании электронной микрофотографии, полученной съемкой оптической подложки, в которой слой полупроводникового кристалла конкретно выращен на ее поверхности с тем, чтобы описать эффект оптической подложки согласно настоящему изобретению;

Фиг. 7 - схематический вид в перспективе, показывающий оптическую подложку (I) согласно первому варианту осуществления;

Фиг. 8 - схематичный вид в перспективе, показывающий оптическую подложку (II) согласно второму варианту осуществления;

Фиг. 9 - вид поперечного разреза по вертикали, выполненного вдоль длинной и короткой пунктирной линии III-III на Фиг. 7A и 7B;

Фиг. 10 - вид поперечного разреза по вертикали, выполненного вдоль длинной и короткой пунктирной линии IV-IV на Фиг. 8A и 8B;

Фиг. 11 - схематичное представление, когда оптическую подложку согласно настоящему варианту осуществления наблюдают со стороны поверхности вогнуто-выпуклой структуры;

Фиг. 12 - схематичное представление, когда оптическую подложку согласно настоящему варианту осуществления наблюдают со стороны поверхности вогнуто-выпуклой структуры;

Фиг. 13 - схематичное представление, когда оптическую подложку согласно настоящему варианту осуществления наблюдают со стороны поверхности вогнуто-выпуклой структуры;

Фиг. 14 - схематичное представление, когда оптическую подложку согласно настоящему варианту осуществления наблюдают со стороны поверхности вогнуто-выпуклой структуры;

Фиг. 15 - схематичное представление, показывающее область, используемую для подсчета количества выпуклых участков, при выполнении наблюдения со стороны поверхности сверхмалой вогнуто-выпуклой структуры оптической подложки согласно настоящему варианту осуществления;

Фиг. 16 - схематичное представление, когда оптическую подложку согласно настоящему варианту осуществления наблюдают со стороны поверхности вогнуто-выпуклой структуры;

Фиг. 17 - схематичное представление, когда оптическую подложку согласно настоящему варианту осуществления наблюдают со стороны поверхности вогнуто-выпуклой структуры;

Фиг. 18 - схематичное представление, показывающее область, используемую для подсчета количества выпуклых участков, при выполнении наблюдения со стороны сверхмалой вогнуто-выпуклой поверхности оптической подложки согласно настоящему варианту осуществления;

Фиг. 19 - иллюстративная схема, показывая отношения между вогнуто-выпуклой структурой G и областью не-G на оптической подложке согласно настоящему варианту осуществления;

Фиг. 20 - схематичное представление, показывающее конфигурации контуров, сформированных в области вогнуто-выпуклой структуры G на оптической подложке согласно настоящему варианту осуществления;

Фиг. 21 - схематичный вид сверху, показывающий состояние, где оптическую подложку согласно настоящему варианту осуществления наблюдают со своей передней поверхности;

Фиг. 22 - схематичный вид сверху, показывающий состояние, где оптическую подложку согласно настоящему варианту осуществления наблюдают с ее передней поверхности;

Фиг. 23 - схематичное представление, показывающее пример способа изготовления оптической подложки (I) согласно первому варианту осуществления;

Фиг. 24 - иллюстративная схема, когда маска согласно базовому примеру настоящего изобретения и имеющая стойкость к жидкостному травлению используется в жидкостном травлении на сапфировой подложке;

Фиг. 25 - иллюстративная схема, когда многослойная маска изделия согласно настоящему варианту осуществления используется в жидкостном травлении сапфировой подложки;

Фиг. 26 - иллюстративная схема, когда многослойная маска изделия согласно настоящему варианту осуществления используется в жидкостном травлении сапфировой подложки;

Фиг. 27 - иллюстративная схема, когда маска, объем которой снижается, если выполняется жидкостное травление сапфировой подложки согласно настоящему варианту осуществления;

Фиг. 28 - иллюстративная схема, показывающая отдельные этапы из примера способа изготовления оптической подложки согласно настоящему варианту осуществления;

Фиг. 29 - схематичное представление, показывающее уникальный выпуклый участок в оптической подложке (III) согласно третьему варианту осуществления;

Фиг. 30 - схематичное представление, показывающее уникальный выпуклый участок в оптической подложке (III) согласно третьему варианту осуществления;

Фиг. 31 - схематичное представление, показывающее уникальный выпуклый участок в оптической подложке (III) согласно третьему варианту осуществления;

Фиг. 32 - схематичный вид в поперечном разрезе, показывающий пример оптической подложки (IV) согласно четвертому варианту осуществления;

Фиг. 33 - схематичный вид в поперечном разрезе, показывающий полупроводниковый светоизлучающий элемент согласно четвертому варианту осуществления;

Фиг. 34 - схематичный вид в поперечном разрезе, показывающий другой пример полупроводникового светоизлучающего элемента согласно четвертому варианту осуществления;

Фиг. 35 - схематичный вид в поперечном разрезе, показывающий еще один пример полупроводникового светоизлучающего элемента согласно четвертому варианту осуществления;

Фиг. 36 схематичный вид в поперечном разрезе, показывающий следующий пример полупроводникового светоизлучающего элемента согласно четвертому варианту осуществления;

Фиг. 37 - схематичный вид в поперечном разрезе, показывающий очередной пример полупроводникового светоизлучающего элемента согласно четвертому варианту осуществления;

Фиг. 38 - вид сверху примера оптической подложки (IV) согласно четвертому варианту осуществления, если смотреть со стороны поверхности вогнуто-выпуклой структуры;

Фиг. 39 - вид сверху примера оптической подложки (IV) согласно четвертому варианту осуществления, если смотреть со стороны поверхности вогнуто-выпуклой структуры;

Фиг. 40 - вид сверху примера оптической подложки (IV) согласно четвертому варианту осуществления, если смотреть со стороны поверхности вогнуто-выпуклой структуры;

Фиг. 41 - схематичный вид в поперечном разрезе вогнуто-выпуклой структуры, выполненном вдоль позиции линейного сегмента, соответствующей интервалу P, показанному на Фиг. 40;

Фиг. 42 - вид сверху примера оптической подложки (IV) согласно четвертому варианту осуществления, если смотреть со стороны поверхности вогнуто-выпуклой структуры;

Фиг. 43 - схематичный вид в поперечном разрезе вогнуто-выпуклой структуры, выполненного вдоль позиции линейного сегмента, соответствующей интервалу P, показанному на Фиг. 42;

Фиг. 44 - вид сверху, когда оптическую подложку (IV) согласно четвертому варианту осуществления наблюдают со стороны поверхности вогнуто-выпуклой структуры;

Фиг. 45 - схематичный вид в поперечном разрезе, показывающий пример оптической подложки (IV) согласно четвертому варианту осуществления;

Фиг. 46 - схематичное представление, показывающее вогнуто-выпуклую структуру в оптической подложке (IV) согласно четвертому варианту осуществления;

Фиг. 47 - схематичный вид в поперечном разрезе, показывающий пример оптической подложки (IV) согласно четвертому варианту осуществления;

Фиг. 48 - схематичный вид в поперечном разрезе, показывающий отдельные этапы способа изготовления оптической подложки реализованного в примере 12;

Фиг. 49 - схематичный вид в поперечном разрезе, показывающий отдельные этапы способа изготовления оптической подложки, реализованного в примере 12; и

Фиг. 50 - схематичный вид в поперечном разрезе, показывающий отдельные этапы способа изготовления оптической подложки согласно примеру 16.

Лучший вариант осуществления изобретения

Настоящие изобретатели и другие остановили внимание на факте, что в оптической подложке с наличием вогнуто-выпуклой структуры повышение внутреннего квантового выхода IQE рассеиванием дислокаций внутри полупроводникового кристалла и снижением плотности дислокаций путем изменения размера интервала в вогнуто-выпуклой структуре и повышение эффективности выхода света LEE удалением волноводной моды путем рассеяния света находятся в отношении компромиссного выбора